Informatica Presente e Futuro
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Il documento discute l'evoluzione dell'informatica e delle tecnologie emergenti, evidenziando il legame tra scienza e tecnologia e l'importanza dell'interazione degli utenti nelle applicazioni online. Viene esaminato l'impatto di fenomeni come il cloud computing, l'internet delle cose, il social networking e nuovi paradigmi computazionali come il computing quantistico e il DNA computing. Infine, si fa riferimento alla crescente integrazione di tecnologie con l'ambiente umano e alle potenziali implicazioni future di questo progresso tecnologico.
Informatica Presente e Futuro
- 1. Presente Futuro Informatica Francesco De Angelis Andrea Polini http://francescodeangelis.org http://www.cs.unicam.it/polini/ Scuola di Scienze e Tecnologie - Sezione di Informatica Università di Camerino Ciclo di seminari, “Informatica tra Scienza e Tecnologia” Martedi 31 Maggio 2011 Sala "M. Scatasta", Piazza Roma 6, Ascoli Piceno
- 2. Cosa è l’informatica? “L’informatica non riguarda i computer più di quanto l’astronomia riguardi i telescopi.” (E. W. Dijkstra) Scienza: “studio dei fondamenti teorici dell'informazione, della sua computazione a livello logico e delle tecniche pratiche per la loro implementazione e applicazione in sistemi elettronici automatizzati detti quindi sistemi informatici” Questo conduce alla tecnologia come mezzo e strumento per le attività quotidiane in cui si elaborano dati ed informazioni Oggi siamo interessati a trend tecnologici emergenti per i prossimi anni
- 4. Come è nato tutto ciò?
- 5. (1) Model Driven Engineering Model Driven Engineering Domain Specific Languages Code Generation
- 6. (2) Web 2.0 e Social Media “applicazioni online che permettono uno spiccato livello di interazione tra il sito e l'utente” Usano spesso tecnologia AJAX (Asynchronous JavaScript and XML) e RIA (Rich Internet Application) ma non è la tecnologia a fare il “due punto zero” ma gli utenti Ne conosciamo molte, ma noi utenti sappiamo usarle e sfruttarle? #jan25 ci insegna qualcosa
- 9. Web 2.0 e Social Media Nuovi network: Facebook, Twitter, YouTube, sono ormai dei mega social network. Oggi si cerca di sfruttare la larga base di utenza più che costruire nuovi network (twiptic, hashable, foursquare, ...) Avanzamento nella tecnica: YouTube, ad esempio, non sarebbe stato possibile senza la banda larga e l’avvento di Flash 7, ora si evolve ad HTML 5 e, continuerà così Più video con il crescere dell’offerta delle tv online on-demand Perfezionamento e diffusione dei “virtual world” tramite ambienti 3D interattivi che forniscano almeno in parte l’esperienza della telepresenza Enterprise Social Networking per rimodellare le intranet aziendali sul modello “social” per la condivisione della conoscenza
- 10. (3) Social Indexing (fonte: technologyreview.com) Ricerca di informazioni orientata all’utente Offerta caratterizzata dalla passata esperienza dell’utente Social indexing impiega anche le esperienze degli amici dell’utente (il “like” di Facebook, il “+1” di Google) L’indexing tradizionale è invece basato sui link che le pagine hanno “L’indexing passa dal link al like”
- 11. (4) Real-Time Search (fonte: technologyreview.com) Incorporare nelle ricerche nuovi dati in real-time derivati da aggiornamenti fatti ai contenuti Anche su contenuti generati da utenti di social network Molto difficile capire il valore di queste informazioni per avere qualità, autorità e rilevanza I messaggi da social network possono perdere valore nel giro di minuti, si cercano deviazioni dal normale comportamento
- 12. (5) Social TV (fonte: technologyreview.com) L’audience per la tv è in declino, ma nei grandi eventi c’è elevata audience molta attività social La Social TV va oltre l’esperienza passiva della TV tradizionale e crea uno scenario long tail L’utente ritrova la “stanza della TV” Grande opportunità di marketing, la pubblicità non è interruzione, ma si basa su affinità e condivisione del valore Nuovo ingresso per il mondo online
- 13. (6) Mobile applications Negli ultimi anni grande aumento dei dispositivi portatili connessi in rete Grande sinergia tra sviluppo di hardware performante, piattaforme software e offerta di servizi di connettività Esplosione del mercato delle “apps” Elevato utilizzo dei “social media”
- 14. Mobile Content usage (fonte: comScore Reports March 2011 U.S. Mobile Subscriber Market Share)
- 15. Top Smartphone Platforms Google Android è in fase di “sorpasso” di Apple iPhone per quanto riguarda la piattaforma ma non ancora nel mercato della “apps”. E’ il software applicativo che guida questo mercato! (fonte: comScore Reports March 2011 U.S. Mobile Subscriber Market Share)
- 16. Ci aspetta... ...una diffusione di dispositivi dalle capacità hw elevate ...la diffusione di massa del tablet (ancora non c’è il boom!, nonstante l’enorme vendita di iPad e Android) ...la convergenza tra sistemi operativi mobile e desktop! integrazione di tecnologia (RFID, NFC) per l’integrazione con il “mondo reale” Sempre più IoT nelle nostre tasche!
- 17. (7) Portafogli digitali (fonte: wired.it) Grazie alla tecnologia della near-field communication sarà possibile implementare nuove forme di pagamento sfruttando l’ubiquità dei dispositivi mobili
- 18. (8) Telepresenza (fonte: wired.it) Le videoconferenze hanno già trasformato il nostro modo di lavorare. In futuro sempre più telepresenza per interagire con gli altri
- 19. (9) Internet of Things & Ubiquitous computing Estensione di internet al mondo degli oggetti e dei luoghi concreti Gli oggetti si rendono riconoscibili e acquisiscono intelligenza grazie al fatto di poter comunicare dati su se stessi e accedere ad informazioni aggregate da parte di altri RFID, NFC, QR-Code, ...
- 20. Classifichiamo gli oggetti (fonte: “Shaping Things”, Bruce Sterling) Artifacts: oggetti artificiali,fatti a mano e utilizzati a mano con la forza dei muscoli Machines: artefatti complessi, precisi con parti in movimento che utilizzano forze non-umane e non-animali Products: oggetti distribuiti commercialmente, anonimamente e uniformemente costruiti in quantità massive usando economie di scala. (Tutto ciò è iniziato nel periodo della prima guerra mondiale)
- 21. Gizmos Oggetti alterabili dall’utente, con caratteristiche di multifunzionalità, programmabili con un ciclo di vita breve. Questi oggetti sono interfacce verso altri oggetti o servizi. L’epoca dei gizmos inizia negli anni 90. “Old wine in new bottles” Non ne bevete solamente il contenuto, ma avete accesso a tutte le informazioni ad essa associata. La bottiglia è un oggetto “gizmo-ized”!
- 22. Spime Oggetti il cui supporto informatico è cosi esteso e ricco da essere considerati instanziazioni materiali di sistemi immateriali Gli SPIME iniziano e finiscono il loro ciclo di vita come dati Sono sostenibili, espandibili, identificabili univocamente, e materialmente costituiti di materia che può essere reinserita nel ciclo produttivo
- 24. Internet of Things & Ubiquitous computing Elaborazione delle informazioni interamente integrata all’interno di oggetti e attività di tutti i giorni. Avremo almeno tre tipi di dispositivi: “Tabs: wearable centimetre sized devices” “Pads: hand-held decimetre-sized devices” “Boards: metre sized interactive display devices” Oltre a dispositivi senza output video: Dust, Skin, e Clay Claytronics, CMU
- 25. Oltre IoT e Ubiquitous Ambient intelligence: ambienti elettronici sensibili e responsivi alla presenza di persone. Costituita da sistemi: embedded, context aware, personalizzati, adattativi, anticipatori. Wereable Computing: computer “indossabili” Smart environment: “a physical world that is richly and invisibly interwoven with sensors, actuators, displays, and computational elements, embedded seamlessly in the everyday objects of our lives, and connected through a continuous network” (Mark Weiser)
- 26. (10) Gestural Interfaces (fonte: technologyreview.com) Sistemi di visione 3D per interagire senza toccare i dispositivi (Microsoft Kinect, PrimeSense) Aggiungere profondita all’immagine 2D: “time of flight” di luce e suono, “structured light” di pattern di luce distorti da superfici. Molta ricerca ma poco commercializzabile PrimeSense usa tecnica stereoscopica, comparazione di immagini da due diversi punti di vista
- 27. (11) Augmented Reality (fonte: wired.it) Le informazione sono sempre di più integrate negli oggetti stessi e nelle città. Nascoste agli occhi, forse, ma non alle telecamere degli smartphone Video: SixthSense
- 28. (12) Cloud Computing Fornitura on-demand di risorse computazionali (dati e software) tramite la rete Software as a Service (SaaS) Platform as a Service (PaaS) Infrastructure as a Service (IaaS) L’utente non necessita di conoscere la locazione fisica delle risorse che sta usando (la risorsa è “in the cloud”)
- 29. Chromebook HW con sistema operativo Google Chrome OS Avvio e accesso rapidissimo, aggiornamento automatico e “indolore”, sicurezza by design, solo web apps! C’è di più: Google offre alle aziende l’hw necessario a 28$ al mese, molto meno del costo della licenza. Il passaggio al cloud è uno scenario consistente e reale per il mondo business! “Il computing è come l’energia elettrica... con l’ethernet!”
- 30. (13) Cloud Programming (fonte: technologyreview.com) Capacità di processing e storage infinite vanno sfruttate Necessità di nuovi software, non conversione dei vecchi! I dati sono dinamici, cambiano mentre vengono processati (es: dati da sensori) Semplicità se si riesce a tenere traccia dei dati e di cosa avviene Creare database cloud-friendly modificando i linguaggi utilizzati, il programmatore pensa al risultato non ai dettagli su come gestire dati
- 31. (14) Homomorphic Encription (fonte: technologyreview.com) Compiere una operazione sui dati crittografati e decifrare il risultato produce la stessa risposta dell’analoga operazione sui dati non crittografati Approcci teorici da 30 anni, IBM è sulla strada, ma questa è lunga e tortuosa con richieste computazionali elevatissime. Serviranno ancora degli anni (5-10) Problema di sicurezza nel cloud: in molti casi,dati crittografati solo nel trasporto!
- 32. (15) Cloud Streaming (fonte: technologyreview.com) Applicazioni computazionalmente intensive su dispositivi con capacità limitate Video-editing, architectural-design, e in generale applicazioni graphic-intensive, operazioni nel cloud, risultati trasferiti via rete Goal: rispondere all’utente in 80 ms (valore soglia per una corretta percezione visiva)
- 33. (16) Grid Computing Combinazione delle risorse computazionali di più computer per raggiungere un goal comune. La grid può essere vista come un sistema distribuito che forma un “super virtual computer”
- 34. (17) Evoluzioni dell’HW “Il numero di transistor che può essere inserito in un microprocessore raddoppia ogni due anni” (Legge di Moore) E’ importante perchè è legata a molti fattori nell’elettronica di consumo: velocità, capacità di memoria, numero di pixel, etc
- 35. Intel tri-gate transitor La legge non può continuare per sempre, Intel ne prevedeva (nel 2003) la fine intorno al 2018 Processo a 16 nanometer con 5 nanometri per il gate induce problemi su scala atomica ...ma nel 2011 Intel introduce nel mercato il “transistor 3D” tri-gate, il transistor non è piu planare ma realizzato su tre dimensioni. Il gate è piu piccolo, la legge di Moore è mantenuta!
- 36. Intel tri-gate transitor Litografia a 22 nanometri, commercializzazione entro l’anno (architettura Ivy Bridge)
- 37. Memristor (fonte: The Mysterious Memristor, IEEE Spectrum, May 2008) Teorizzato nel 1971 da Leon Chua, nel 2008 HP ne annuncia la realizzazione Componente elettronico passivo a due terminali: quando la corrente fluisce in una direzione la resistenza incrementa (e viceversa), il memristor ne “ricorda” il valore Combinati in strutture chiamate crossbar latches potrebbero rimpiazzare i transitor (occupando meno spazio, consumando di meno e ottenendo prestazioni superiori) Attualmente sono usati in via sperimentale per modellare il comportamento di organismi unicellulari (dalle simili proprietà) poiché hanno la capacità di mimare architetture neuro-biologiche presenti nel sistema nervoso Ma non solo: “MoNETA is the first large-scale neural network model to implement whole-brain circuits to power a virtual and robotic agent compatibly with memristive hardware computations” HP Labs & Boston Univ. Neuromorphics Lab
- 38. (18) Nuovi Paradigmi di Computazione Quantum Computing Dna Computing Molecular Computing
- 39. Computazione quantistica Uso diretto dei fenomeni di meccanica quantistica per effettuare operazioni sui dati Dal bit al qubit, il qubit può rappresentare due stati (0, 1) e una sovrapposizione di questi Sovrapposizione degli stati Entanglement: dipendenza tra stati, anche se essi sono spazialmente separati! Nessun analogo classico
- 40. a che punto è? In ricerca moltissimi approcci, teorici, algoritmi e pratici Fattorizzazione di interi, algoritmo di Shor, 1994 (IBM lo dimostra, 2001, 7 qubit, 15=5*3) Ricerca in database non strutturati, Algoritmo di Grover, 1996 (usato per invertire funzioni) In generale “accelerazione” nella soluzione di problemi classici con nuovi algoritmi 2005: chip a semiconduttore (Univ. of Michigan) 2009: transistor basato su una sola molecola 2009: processore quantistico con 2 qubit (Yale Univ.) 11/05/2011: 1° chip commerciale 128 qubit (D-Wave) ...critiche da una parte della comunita scientifica. Acquistato da Lockheed Martin
- 41. DNA Computing Utilizza il DNA e quindi la biochimica e la biologia molecolare, simile al calcolo parallelo, trae vantaggio dalle proprietà delle molecole di DNA di considerare più possibilità alla volta Leonard Adleman, 1994, cammino hamiltoniano per grafo a 7 vertici (problema NP-completo) 2002, Macchina molecolare programmabile composta da enzimi e molecole di DNA (Weizmann Institute) 2004, computer a DNA dotati di I/O per la diagnosi dell’attività cancerosa ed il rilascio di farmaci (Weizmann Institute)
- 42. L’esperimento di Adleman (fonte: Computing with DNA, L. Adleman, Scientific American, August 1998) Il problema: La soluzione di Adleman: Computazione in laboratorio (tubi, provette, soluzioni, etc.) Proprietà del DNA Operazioni “macchina” di basso livello come: separate, cut, paste, repair, etc... Velocità deriva dal parallelismo e grande capacità di memoria invece che dal ciclo di clock
- 43. L’esperimento di Adleman (fonte: Molecular Computation Of Solutions To Combinatorial Problems, L. Adleman, Science, 1994) Time complexity : O(n) bio-steps Space complexity: n! strands Per 200 nodi, 3*1025 Kg di DNA, più della massa della terra!!
- 44. Molecular Computing 12, 20 11 ay M
- 45. Watson! (web: http://www-03.ibm.com/innovation/us/watson/research-team/index.html) Computer in grado di rispondere a domande in linguaggio naturale! Query non conversazioni! Nel 2011 vince puntata di Jeopardy! Utilizzando 4 TB di dati, senza esser connesso alla rete Architettura parallela con 2880 core POWER7 e 16 TB RAM (occupa 10 rack fisici), IBM DeepQA software, 3M$, 80TeraFlops (94° in Top500) “The goal is to have computers start to interact in natural human terms across a range of applications and processes, understanding the questions that humans ask and providing answers that humans can understand and justify." David Ferrucci, IBM, Watson principal investigator
- 46. Nel futuro solo informatica? Genetica Robotica Informatica Nanotecnologie avranno un grande impatto nell’avanzamento tecnologico generale
- 47. Accelerating Change “The acceleration of technological progress has been the central feature of this century” (Vernor Vinge) Emergenza di tecnologie sempre più sofisticate separate da intervalli di tempo sempre piu brevi Legge di Moore estesa all’intero dominio tecnologico, previsione di robot come specie artificiale nel 2030/2040 (Hans Moravec, CMU) Asimov
- 48. Singolarità Tecnologica (fonte: Special Report: The Singularity, IEEE Spectrum, June 2008) Evento ipotetico in cui il progresso tecnologico è cosi rapido e la crescita di una intelligenza super-umana è cosi grande che il futuro successivo diventa imprevedibile Nozione nota sin da Turing e Von Neuman, popolare negli ultimi anni
- 51. Letture
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